核级支吊架焊接工艺评定的实施

严得忠

1. 概述

未来很长一段时间内，国内将建造大量的核电站，而目前核电设备有很大一部分仍然依靠进口，即便是国产化的部分设备，也只是由国内极个别厂家生产制造，管道支吊架就属于这一情况。因此，核电设备国产化是未来的发展趋势。

我公司根据市场需要和公司生产能力，适时地提出了核级支吊架申请制造工作。而焊接则属于管道支吊架制造中最重要的环节之一，作为一项特殊工艺过程，需要进行工艺评定。

2. 核级支吊架焊接工艺评定实施的要点和难点

焊接工艺评定是锅炉和压力容器等行业必须要进行的一项工作，目前，国内在锅炉和压力容器方面都有比较完善的焊接工艺评定标准，比如《锅规》和JB4708等标准，但是在核电方面，尤其是在核级支吊架方面，由于以往各个核电厂建设所采用的标准不太统一，有法国的《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》（RCC－M）标准，美国的ASME锅炉及压力容器规范等。而国内还没有一套完整的管道支吊架焊接工艺评定标准。

我公司根据评审单位苏州热工院的意见，按照法国RCC－M标准H篇《支撑件》的要求来进行焊接工艺评定。而此标准个别部分并不能完全满足国内现有生产制造，同时和国内相关标准也不能完全衔接，因此，我们同时参考了核工业第二研究设计院于1996年6月发布的秦山核电二期工程《核级标准支吊架鉴定样件焊接工艺评定要求》和RCC－M标准S篇《焊接》的要求及其他焊接工艺评定标准，根据实际情况来完成核级支吊架焊接工艺评定。因此，在焊接工艺评定实施过程中如何合理地转化和结合相关标准就成了难点，而管道支吊架需要焊接部分的材质一般都为焊接性较好的低碳钢，焊接方法目前我公司也只采用焊条电弧焊，所以焊接工艺本身并不是核级支吊架焊接的难点。

3. RCC－M标准H篇《支撑件》焊接工艺评定标准介绍

RCC－M标准H篇《支撑件》的附录H1为焊接填充材料的验收与焊接工艺评定，其规定了一套关于焊接的规则，包括三个方面的内容：焊接填充材料的验收、焊接工艺评定、焊工和焊机操作工的考核。其中焊接填充材料的验收根据RCC－M标准S篇S2000的要求，基本上可以按照相应焊接材料的国家标准进行验收，焊工和焊机操作工的考核我国已于1995年6月发布了HAF603《民用核承压设备焊工及焊接操作工培训、考试和取证管理办法》，可按此实施。

H1 3000焊接工艺评定部分主要由3100概述，3200碳钢和低合金钢的对接焊，3300奥氏体不锈钢、奥氏体－铁素体不锈钢和镍基合金的对接焊，3400角焊缝，3500管道的焊接以及3600特殊焊接和3700等效性几个方面组成。

4. 焊接工艺评定项目的确定

（1）母材确定 JB4708、ASME等一些焊接工艺评定标准都是将钢材进行分组，然后根据钢材的组别号来确定钢号的覆盖范围。而RCC－M规定，对于碳钢和碳锰钢来说，当一种钢号被另一种钢号代替，而后者保证的最低抗拉强度小于前者保证的最低抗拉强度Rm，但不小于Rm-60MPa时，则工艺评定依然有效。此外，用最低抗拉强度Rm≤450MPa的钢号所得到的焊接工艺评定结果，适用于最低抗拉强度Rm≤450MPa钢号的所有焊接接头。

我公司目前支吊架需要焊接的部分材质主要为Q235以及20钢，因此，本批焊接工艺评定采用Q235—B来做焊接工艺评定，基本上可以满足所申请的核级支吊架的要求，以后根据生产需要，如果遇到其他材质，可再补做其他材质的焊接工艺评定。

（2）母材厚度和接头形式的确定 RCC－M规定，板材的焊接工艺评定对外径≥150mm管材的焊接同样有效；一种焊接工艺评定对于厚度从0.75e到1.5e＋3mm范围有效（e＝试件的有效厚度）；对于机械强度有贡献的全焊透角焊缝，要求进行对接焊试验和角焊缝试验，在评定参数不变的情况下，对接试验的厚度等效规则适用于角焊缝。

我公司目前支吊架的焊接中不存在管子对接焊缝，申请的核级支吊架产品的焊接接头母材的厚度最大只有25mm，因此，暂时只做e＝6mm板对接，e＝16mm板对接和e＝16mm板角接三项，以后生产中如果焊接接头形式或者厚度有变化时，根据需要再做其他形式的焊接工艺评定。

综合以上，焊接工艺评定项目确定为焊条电弧焊，材质为Q235—B，e＝6mm板对接、e＝16mm板对接和e＝16mm板角接三项。焊条采用E4315，焊后不做热处理。

5. 焊接工艺评定试样无损检测要求

RCC－M规定，评定试件必须经受焊接工艺适用范围之内的接头在生产过程中所需的全部无损检测，并满足适用于这些接头的最高要求。

根据RCC－M H4500焊缝的无损检测的要求，并根据公司实际检测能力，确定e＝6mm板对接焊后做液体渗透和射线检测；e＝16mm板对接焊前坡口面做液体渗透检测，焊后做液体渗透和射线检测；e＝16mm板角接焊前坡口面做液体渗透检测，焊后做液体渗透和超声波检测。另外，在进行上述无损检测之前，均需做外观目视检测。三项工艺评定试件焊缝均按支撑件1级焊缝要求进行检测。

所有无损检验均按EJ/T 1039－1996《核电厂核岛机械设备无损检验规范》实施。

6. 焊接工艺评定试样破坏性试验要求

（1）力学性能试验 按照RCC－M H篇《支撑件》附录H1的要求，e≤60mm的板对接试件，需要做室温纵向拉伸1个、横向拉伸1个；面弯、背弯以及全厚度侧弯各1个；10mm＜e≤20mm板对接试件，需要做焊缝0℃和热影响区0℃冲击试验。

但实际上6mm板对接无法在熔敷金属取纵向拉伸试样，也无法进行侧弯试验，因此参照RCC－M标准S篇《焊接》及其他焊接工艺评定标准的要求，确定6mm板对接采取室温横向拉伸两个，面弯、背弯各两个，其他均按RCC－M H篇《支撑件》附录H1的要求进行。检测结果应符合要求。

（2）化学分析 对于对接焊缝，在焊缝中心区取样，对C、Si、Mn、S、P进行分析。

（3）金相检测 对于对接焊缝，取一个焊缝截面进行宏观检测，有疑虑时，再进行微观检测；对于角焊缝，取三个截面进行宏观检测。要求宏观无未焊透、未熔合、夹渣及气孔等缺陷。

（4）硬度测定 对于对接接头，硬度试验方法按GB2654规定进行，合格要求：在焊缝横截面上测量熔敷金属与母材热影响区的硬度分布，采用维氏硬度，载荷为49N，热影响区允许的最大维氏硬度值为350HV。

在RCC－M标准中涉及到很多相关的法国理化检验标准，有些无法完全按照原标准来实施，因此试件的理化检验均按照EJ/T 1040－1996《核电厂核岛设备材料理化检验方法》来实施。

7. 结语

因为核岛设备的特殊特点，核电安全的要求非常高，因此，核电厂设备的焊接工艺评定在试件的焊接、检验和检测方面都比火电厂要求高。即便是作为非承压件的管道支吊架的焊接也提出了较高的要求。但是目前广泛采用的法国RCC－M标准在支撑件的焊接工艺评定方面与火电厂以及其他一些焊接工艺评定标准在编排形式和要求方面都不尽相同，而且很多方面也不尽完善，其他焊接工艺评定标准比如JB4708等在结构和编排上都比较明确和清晰。但国内又没有一套统一的核岛支撑件的焊接工艺评定标准，同时也没有针对火电厂非承压的管道支吊架的焊接工艺评定标准，因此在实际实施过程中就会遇到诸多困难。但通过对RCC－M标准的深入理解以及和其他标准的对比，可以发现在实质性上并没有太大的差别，我们完全可以在不违反标准原则的前提下，根据实际情况来完成工艺评定。